钻井电气设备12--井场自动控制系统实例

钻井电气设备12--井场自动控制系统实例 第十二章 井场自动控制系统实例 第一节 井场自动控制系统ZJ70/4500DB系列钻机简介 ZJ70/4500DB系列钻机是目前国*钻台区: :即主机部分。包括井架、底座、绞车、转盘、游吊系统、司钻偏房、井口机械化工具、钻井仪表、风动绞车、液压提升机、猫道及排管架、绞车冷却水箱等。 *泵房区:布置有3台F-1600泥浆泵组、钻井液管汇等。 *动力及控制区:包括4台柴油发电机组，VFD(MCC)房及电缆架,气源净化设备及辅助发电机组。 *油罐区:包括115m3柴油罐和15m3三品油罐。 *固控区:由泥浆罐、净化设备、泥浆处理房、100m3套装水箱等组成。各区域之间油、气、水、电等连接管线铺设在管线槽内，管线槽采用折叠式，内装电缆线和上钻台管线，可实现搬家不拆电缆和管线,折叠整体运输。上钻台管线槽可随钻机起升就位。 三、钻机主机部件及配套系统 ZJ70/4500DB6钻机是适应国内外钻井需要，而生产的一种先进的交流变频电驱动钻机，其主要配套件都严格按照―API‖有关规范 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 制造，能满足HSE的有关要求。 1(JC-70DB2绞车 绞车是钻机的核心部件。绞车在石油钻井过程中，不仅担负着起下钻具、下套管、控制钻压、处理事故、提取岩芯筒、试油等各项作业，而且还担负着井架及底座起放任务。JC,70DB2绞车是一种新型交流变频控制的单轴齿轮绞车，它主要由交流变频电动机、减速箱、液压盘刹、滚筒轴、绞车架、自动送钻装置、空气系统、润滑系统等单元部件组成， JC-70DB2绞车具有如下特点: (1) 绞车为单滚筒轴结构，滚筒为开槽式，绞车整体体积小，重量轻。 (2) 绞车动力由两台功率800kW 、转速2800r/min、YJ13型交流变频电机驱动，功率大，变频调速范围宽。 (3) 绞车只设一档，无需专门的换档机构，绞车减速箱输入转速在0,2800r/min范围内可无级调速。 (4) 绞车主刹车为液压盘式刹车，配双刹车盘，刹车力矩大，工作安全可靠。 (5)绞车取消了传统的辅助刹车机构，辅助刹车功能由主电机能耗制动实现。 (6)绞车传动采用齿轮传动形式，齿轮采用大模数齿轮，齿轮及轴承润滑采用强制润滑方式。 (7)绞车配置了自动送钻装置，由37kW交流变频电机及立式送钻减速机等实现。 (8)绞车电机、减速箱、滚筒轴及刹车系统等均安装在一个底座上，可构成一个独立的运输单元。 (9)绞车的所有控制(电、气、液)均集中在司钻控制房内，操作方便、灵活。 第二节ZJ70/4500DB6钻机电传动系统和空气系统阀岛简介 一、电传动系统概述 ZJ70/4500DB6钻机电传动系统采用四台CAT交流柴油发电机组并网运行，向7套交流变频传动柜提供电源。变频单元采用全数字矢量控制电压型交流变频调速装置，―一对一‖控制方式驱动绞车、转盘、泥浆泵、自动送钻电机，实现无级调速，满足钻机传动要求。采用制动单元和制动电阻代替绞车辅助刹车，实现游车平稳下放。自动送钻电机低频下正常工作， 实现空游车——最大钩载的恒功率控制。钻机控制系统以西门子高性能的PLC为控制核心，并通过现场总线控制技术把数字化设备组成Profibus–DP网络，可实现变频器、智能远程司钻电控箱、MCC柜和人机界面等设备的高速通讯，上位计算机实时监控各个系统的运行状态并提供系统故障时的诊断显示，构成典型的三级网络系统，实现远程数据传输通讯、监视和控制操作。操作回路还包括PLC故障时的应急操作回路。按照钻机辅助用电设备要求，经变压器、交流开关柜和MCC单元柜给400V/220V用电设备提供电力及整个井场照明。另外还配备了工业电视监控及井场通讯系统。 1. 系统参数 (1) 柴油发电机组参数 额定电压:主发电机组 600VAV 3Φ 辅助发电机组 400VAV 3Φ 额定频率: 50Hz 额定功率:主发电机组 4×1310kW 辅助发电机组 400kW 照明系统电压: 220VAC (2)变频器主要技术参数 (3)变频电动机主要技术参数 2(主要电气设备 (1) 变频控制房2座 安装有:变频调速柜7套 柴油发电机控制柜5套(含电源柜一套) 开关柜及MCC柜 6台 综合柜 1台 低压电源柜 1台 (2)制动单元柜及制动电阻 1套 (3)主变压器 1套 (4) 双制式空调 2套 (5)交流插座盘 2套 (6)配电柜 2套 (7)智能化司钻控制台 (8)安装在司钻控制房中，装有触摸屏、显示屏、显示仪表及操纵手柄、信号灯、开关等用于司钻监控及操作系统运行状况。 (9)系统全套动力及控制电缆、通讯电缆。 (10)现场 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 (用户自备) (11)用于线路保护的全套电缆槽、镀锌管、密封件等。 3( 工作条件 电传动系统为野外工作产品，在环境温度-30?,+50?能可靠正常工作，变频控制房 中装有双制式空调器，房内温度冬季不应低于20?，夏季不应超过26?，在空气中不得有过量腐蚀气体和易爆气体，环境相对湿度+20?时不应大于90%，不允许有凝露，海拔高度应?1000m(满负荷)。 4. 存放和检查 电传动设备均安装在房内，可以在户外存放和运输。在存放期间，环境温度低于-25?时应开启房内空调，使房内温度正常，并保质干燥，存放时间最长不应超过一年，存放一年后需继续存放时，应作系统四小时通电试验，电传动系统在进行正常运行工作时及在停机间歇时，应随时进行巡回检查和维护，变频控制柜检查与维护详见变频控制柜使用说明书。 二、 电传动系统的主要原理及功能 1(电传动系统的主要原理及功能 (1)交流变频控制系统 将交流电整流成直流电再逆变成频率可调的交流电对交流电机进行控制，实现对钻机绞车转盘和泥浆泵交流电机的速度、扭矩、制动、自动送钻等控制。系统采用PROFIBUS总线进行通讯传输。通过彩色触摸屏人机界面实现对系统的监视、自动故障诊断和控制操作。智能化远程司钻操作箱具有钻机操作和显示报警的全部功能。变频装置的工作原理及功能详见该产品制造厂商提供的使用说明书。 (2) 供电用电系统 由变压器、开关柜、MCC柜向钻机用电设备配电，主要内容包括: 1) 1,4#发电机房用电 2) 辅助发电机房用电 3) 空压机用电 4) 混合泵用电 5) 灌注泵用电 6) 除砂泵用电 7) 剪切泵用电 8) 液压大钳用电 9) 补给泵用电 10) 搅拌机用电 11) 钻台区用电 12) 固控区用电 13) 水罐区用电 14) 油罐区用电 15) 防喷器用电 16) 录井仪用电 17) 固井用电 18) 司钻房用电 19) 送钻电机用电 20) 生活区用电 21) 照明用电 22) 备用电源 23) 备用软启动 详细的工作原理及电气线路见井场标准化电路使用说明书及图册。 2( 安装、试车、拆搬 (1)安装 安装可分为以下几个步骤 1)待钻机底座、泥浆泵、固控系统、柴油发电机房等部件安装到位后，将二座变频传动 控制房按总图位置放置好，注意控制房基础要牢固、平稳。 2)敷设和连接系统电缆，将电缆护槽摆放好，系统电缆主要包括: ? 传动控制房(2座)的电源动力电缆、控制电缆。 ? 变频柴油发电机控制及机房动力电缆。 ?7台变频电动机动力电缆、控制电缆。 ?司钻操作台控制电缆、通讯电缆。 ?空压机动力电缆。 ?编码器传输信号电缆。 ?井场标准化电路全套电缆。 (2)试车 试车前的准备工作 1)检查所有电气设备、电缆，确认安装全部可靠。对电气系统作运行前的检查，所有线 路连接无误，开关接触及接地保护良好。 2) 检查所有开关应处于断开状态。 3) 按西门子变频控制柜使用说明书要求作好试车前的准备工作。 试车按下述程序进行: 1) 按电源要求使柴油发电机组达到系统要求的并网电压和频率的额定 值，并持续稳定工作。 2) 合上相应的配电断路器、开关、检查断路器、开关以及电缆应运行 正常。 3) 逐台启动钻机的各个电气设备，检查电机和控制柜应运行正常。 4) 合上照明开关，检查各处照明应运行正常。 5) 按变频控制柜试车步骤及司钻操作台功能调试逐项运行正常。 6) 对绞车能耗制动及自动送钻应个别调试检测其功能运行正常。 (3)拆搬 按以下步骤进行 1) 拆搬前断开所有电气开关。 2) 从变频控制房端AC盘及侧面窗口拆开所有系统电缆。 3) 从设备连接处拆开所有系统电缆。 4) 将电缆整理好固定在电缆槽架中或合适的地方。 5) 拔开照明灯插头/插座，将系统各条电缆整理好。 拆搬时的注意事项: 1) 拆开电缆前，一定要注意线路确实无电，绝不允许带电作业。 2) 井架、底座分解前，要先拆除井架、底座上的照明灯及电缆。 3) 所有电器设备搬迁时，应防止碰撞及三、空气系统阀岛简介 1.空气系统阀岛的作用和特点 ZJ70/4500DB6钻机空气系统阀岛安装在钻机绞车的阀岛控制箱内，用以控制钻机滚筒离合、转盘惯刹、风动上卸扣、自动送钻离合、防碰保护、断电保护以及其他故障保护等功能。阀岛的型号为10P-18-6A-MP-R-V-CCCHCH+VY，其具有动作灵敏、结构简单、安装维护方便、操作容易、环境适应能力强(可用于各类防爆区域，不会对环境造成污染)和使用寿命长(1000万次)等特点。 钻机控制系统使用阀岛的一个更大好处是阀岛的连接控制电缆为一根多芯电缆，工厂根据阀岛的插头要求已经连接好电缆，用户使用时只需要插拔防爆插接头连接。这样就可以省去大量的时间去连接以往的气路控制软管，也不用去一一查找铭牌对接，阀岛的插接头有一个箭头指示，只要操作人员将插接件对准插入锁紧即可。下图(图1)为在绞车底座内安装好的阀岛控制箱。 2(技术参数 3(阀岛的组成 阀岛主要由顶部多针插头顶盖、功能阀片、左端板、右端板、气路板、标牌安装架、安装附件等组成(如图2所示)。 图2 多针插头顶盖 顶盖带有一个25针D型插头/插座，其作用是将控制信号通过多芯电缆传输到阀岛，控制阀岛工作，顶盖设置有阀工作状态显示和保护电路。 带电缆的25针D型插头电缆区分和插脚分配如下表所示: 功能阀片 该钻机阀岛的功能阀片由六片阀片组成，其符号为CCCHCH，他们每一片代表二个二位三通气控阀，共组成12个二位三通气控阀，其从左至右的功能如图3所示。 4(阀岛的使用 该钻机空气系统阀岛控制分面板控制和触摸屏控制两种控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，面板控制和触摸屏控制两者功能完全相同。它们都与PLC连接，通过一系列逻辑来控制10型CPV阀岛和绞车内继气器，以实现钻机的各种功能。以下为钻机通过PLC实现的各种功能的说明。 面板操作 (1)盘刹控制，该钻机采用北石所液压盘刹当 a1、a2、a3和a4无信号时，PLC给阀岛与阀1有电信号，阀1打开给盘刹供气，盘刹释放可操作。当井架防碰开关阀打开或防碰过圈阀打开，它们都提供气信号，经梭阀(OS-1/4-B)到压力开关(PEV-1/4-B)，压力开关接收气信号后发出电信号a1给PLC，PLC则断开阀岛阀1信号，阀1 关闭排气，盘刹刹车，同时PLC断开阀岛阀7、阀9和阀4电信号实现滚筒离合摘离和自动送钻离合摘离;另当游车到紧急高度或送钻出现故障时，电控系统发生一个电信号a2到PLC ，PLC则断开阀岛阀1电信号，阀1闭排气，盘刹刹车 ，同时PLC断开阀岛阀7、阀9和阀4电信号，实现滚筒离合摘离和自动送钻离合摘离;另当油压过低或过高时，电机控制系统发生一个电信号a3到PLC ，PLC则断开阀岛阀1电信号，阀1闭排气，盘刹刹车 ，同时PLC断开阀岛阀7、阀9和阀4电信号，实现滚筒离合摘离和自动送钻离合摘离，再控制主电机停机;另当主电机出现故障时，电机控制系统发生一个电信号a4到PLC ，PLC则断开阀岛阀1电信号，阀1闭排气，盘刹刹车 ，同时PLC断开阀岛阀7、阀9和阀4电信号，实现滚筒离合摘离和自动送钻离合摘离，再控制电机停机，待故障排出后，故障信号消失再重新启动电机。 (2)气喇叭开关，当司钻需要提醒井队工作人员注意时，按下面板上气喇叭开关(P22805N)，开关输出电信号b到PLC，PLC则给阀岛阀2电信号，阀2打开，供气给气喇叭，气喇叭鸣叫，松开手后b信号消失，气喇叭停止鸣叫。 (3)转盘惯刹 ，当转盘惯刹开关(RT404)处于刹车位置时，输出电信号c到PLC，PLC 给阀岛阀3电信号，阀3打开，输出气信号到转盘惯刹离合器 ，同时输出信号给转盘电机控制转盘电机停转，以实现转盘刹车，只有当开关复位后，电机才可再次启动。 (4)自动送钻离合，当面板自动送钻离合开关(RT404N)处于离合位置时，输出电信 号d给PLC ，PLC则给阀岛阀4电信号，阀4打开输出气信号，开启设在绞车内继气器(VL-3-1/4)，继气器开启输出气到自动送钻离合器，实现自动送钻离合，同时PLC断开阀岛阀7、阀9信号，使 阀7、阀9关闭排气，滚筒离合器摘离。 5.风动旋扣器控制 (1)风动上扣，当风动旋扣器面板控制开关(RT410N)旋转至上扣位置时，开关发出信号f到PLC，PLC则给阀岛阀6输出电信号，阀6开启输出气信号打开井架上风动旋扣继气器K23JK-F40，气源经风动旋扣器继气器供给水龙头气动马达，实现风动上扣。 (2)风动卸扣，当面板风动旋扣器开关旋转至卸扣位置时，输出电信号e到PLC，PLC则给阀岛5电信号，阀5打开，延时2s(可调)给阀岛阀6信号，阀6打开，阀5和阀6分别控制风动旋扣器换向阀(K24Q-L40A)和继气器(K23JK-F40)实现风动卸扣。 (3)风动上扣和风动卸扣功能互锁。 6.防碰释放，当游车上升到紧急高度时，盘刹刹车，若要让游车下放，此时与要按下面板上防碰释放开关(P22805N)输出电信号g给PLC，PLC给阀岛阀8电信号，阀8打开排气PLC给阀岛阀电信号，信号a1、a2对PLC不起作用(电信号 a1、a2 在信号f消失后，仍对PLC起作用)，阀岛阀1开启，盘刹可操作，司钻则通过防碰释放阀和盘刹控制手柄慢慢下放游车。防碰释放开关可复位。当游车下放到安全高度 ，将防碰开关阀(绞车防碰过圈阀FP-L6和井架防碰开关2-HA-1)复位，钻机正常使用。 7.滚筒离合:由于钻机绞车有两个动力电机，分别从两侧通过传动箱和两个气胎离合器输入动力。所以对于滚筒离合的控制方法有3种: (1)只选择滚筒左离合，即只用滚筒左侧电机动力输入。先将滚筒左电机控制开关至打开位置，再打开滚筒离合开关(RT404N)，当电机控制开关和滚筒离合开关都打开后，输出电信号j1和h给PLC，PLC接电信号j1和h则给阀岛阀7电信号，阀7打开输出气信号打开绞车内继气器(VL-3-1/2)，气源经继气器(VL-3-1/2)给滚筒左离合器充气，滚筒左离合器挂合，此时通过速度控制手柄调节电机速度，实现滚筒动力从左侧电机输入。 (2)只选择滚筒右离合，即只用滚筒右侧电机动力输入，先将滚筒右电机控制开关至打开位置，再打开滚筒离合开关(RT404N)，当电机右控制开关和滚筒离合开关都打开后，输出电信号j2和h给PLC，PLC接电信号j2和h后，输出电信号给阀岛阀9，阀9打开输 出信号给绞车内滚筒右离合器继气器(VL-3-1/2)。继气器打开供气源给滚筒右离合器，实现滚筒右离合器挂合，再通过速度控制手柄调节电机速度，实现滚筒动力从右侧电机输入。 (3)选择左、右两侧动力同时输入。先将左、右电机控制开关都至打开位置，再打开滚筒离合开关(RT404N)，当左右电机控制开关和滚筒离合开关(RT404N)都打开后，输出电信号j1、j2和h给PLC，PLC则给阀岛7，阀9电信号使阀7、阀9打开，阀7、阀9分别打开绞车滚筒左右离合继气器，实现滚筒离合器充气挂合，再通过速度控制手柄调节两电机速度，实现两侧动力同时输入。 上述三种方法中，操作中也可以先将电机控制开关打开，通过电机速度控制手柄调节电机为某一值，再打开滚筒离合开关，一样只要当电机控制开关和滚筒离合开关都打开后，就会输出电信号h、j1或j2给PLC，PLC则相应给阀岛阀7或阀9电信号，再打开滚筒离 合器继气器，气源经继气器充气给滚筒离合器，实现滚筒挂合，实现动力的三种形式输入。 8.备用开关 当需要钻机实现其它功能时，可打开备用开关(RT404N)输出电信号 i 给PLC， PLC 则给阀岛阀10、11、12电信号，阀10、11、12打开，另外，当阀岛阀1,9某 阀件有问题时，可用10、11、12取代。 9.自动送钻离合与滚筒离合互锁。即当信号d和信号h同时存在时，PLC则打开阀岛阀1电信号，阀1打开给盘刹供气，盘刹刹车，同时PLC断开阀岛阀4、阀7和阀9电信号实现滚筒离合摘离和自动送钻离合摘离。 阀岛的逻辑控制见下表 四、 触摸屏控制 触摸屏与操作面板控制类似，触摸屏通过程序设有与面板相同功能的按键，经过程序控制，实现与面板控制相同的功能。 另外阀岛还设置有手动按钮开关，拨动阀相应的按钮可以实现在没有电源的情况下控制阀岛，以实现阀岛的部分控制功能。在PLC有故障时，为了保证钻机仍能正常工作，PLC单元设有旁路来保证面板控制的功能不丧失。 五、阀岛的维护与保养 阀岛的工作寿命长、可靠，但阀岛在工作的过程与其他产品一样都需要维护保养，以使阀岛的更加有效地工作。阀岛的维护保养主要为以下各项内容: 1.气源质量 阀岛在工作中我们需要提供洁净的压缩空气，也就需要压缩机输出气源需要用干燥机干燥，减少气源水份，同时，要定期打开储气罐的排污阀，排放储气罐存积的污水，检查气源房和绞车底座左端内过滤器的水位，只要水位超过档水板就需要放水排污。 2. 阀岛供气压力 阀岛的正常工作压力为0.3MPa以上，所以在钻机安装调试时，应给阀岛提供0.8MPa工作压力的气源，阀岛初始时若有串气现象，用户可以将阀岛的各个工作口全部关闭(不能敞开放气)，可以手动操作各片阀岛的按钮，反复操作几次，若排气正常则说明阀岛的串气现象已解决，阀岛可以正常工作。 3. 阀岛控制箱快插软管 塑料快插管在拆卸时一定要用一只手按下止松垫，另外一只手拔出塑料管。塑料管在多次拆装后，应将塑料管的前端剪去约10,20mm，再插入接头体内。尤其是在系统使用时间较长后，由于系统的压力高而使塑料管掉出时，必须将管子的前端剪去10,20mm或者 更换塑料管与接头相连接，否则会造成管路的密封不严和管线再次掉出的可能。 4.阀岛的故障判断与处理 阀岛在工作的时候，若司钻打开控制开关有信号输出，但阀岛没有响应，产生这种故障的 原因很多，钻机的工作人员一定要仔细检查 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 原因，在未得到钻机技术人员的许可下，切勿盲目拆卸阀岛。 建议操作者应按以下步骤检查原因: (1) 检查阀岛的气源压力，阀岛的气源压力若低于0.3MPa，提高气源的压力到0.8MPa，再操作开关检查是否正常，若仍没有响应，进行下一个步骤检查。 (2) 打开阀岛控制箱看阀岛的指示灯是否有指示，若有指示而阀岛没有工作，说明阀岛可能有污物卡住或电磁驱动头损坏，拨动手动按钮检查输出是否正常，若阀岛正常则说明阀岛的电磁驱动头可能损坏，要使钻机正常工作可以用手动按钮操作或是将阀岛的备用开关管线连接到现在的接口上，操作控制开关使用。 (3) 若阀岛的指示灯没有指示，则说明阀岛没有接收到信号，此时应检查阀岛控制的连接电缆: A、 阀岛控制箱的插接头是否松动，接线处是否有水或接线是否被振动脱开; B、 检查司钻房入口处阀岛电缆插接件的接头是否松动，接线是否有水或有脱开的电线; C、 检查开关的连接线是否有脱开或短路现象; D、 检查开关是否损坏; E、 检查PLC是否有输出; 查找原因排除故障，恢复钻机使用。 (4)阀岛有压缩空气输出而离合器没有反应，检查阀岛输出管路是否被冻结或污物堵住，检查离合器是否出现故障，并排除故障恢复钻机使用。总之，阀岛是我们钻机气动元件的高技术含量的产品，我们在使用中一定要爱护，要经常保养维护，以提高产品的使用寿命和提高钻机的工作效率。 四、附图 钻机阀岛控制箱平面图、阀岛控制箱内部安装图片、阀岛气流方向示意图、单片阀岛 阀岛控制箱平面图 阀岛控制箱内部安装图片 钻机空气系统原理图